双向智能电能表功能需求和结构性能发展分析

摘 要

本文主要在智能电网用电环节发展需的功能需求，并针对智能电能表的主要构成部分分析了智能表结构性能的发展要求，总结了在智能表组成部件设计与实际应用中应该注意的问题。

【关键词】智能电能表 功能需求 结构性能发展

目前，智能电网成为了一个重要的研究热点，世界主要的发达各国都在发展智能电网，各国根据自身发展的需要，在智能电网的研究策略上各有侧重点。我国主要采取以发展特高压电网为基本框架、其他电网均衡发展的模式。尽管各国的研究重点与建设方向存在差异，但是研究重点相同，都是将智能电表作为主要研究内容。

随着我国经济水平的发展，居民用电规模不断扩大，控制不同时间段的用电负荷成为亟需解决的重要问题，于此同时，人民群众对供电服务以及用电智能化的要求也更高，这对于智能电能表的功能提出了新的需求。本文将主要针对智能电能表功能需求和结构性能发展做简要分析。

1 电能智能表的功能需求

1.1 双向互动

“双向互动”在现阶段的标准下指的是电力公司与电能表之间的互动，不包括用户的参与。电能表作为电力公司与用户之间的用电量统计、收费依据、命令传递的纽带，利用电能表和智能家庭系统的契合，达到对居民用电自动调节的目的，此种方式的优势在于在不影响居民正常用电的同时能使用电负荷达到平衡状态，这也为用户节约了用电成本。因此笔者将“双向互动”的标准在本文中改为电力公司、电能表、用户三者之间的互动，如此，用户参与的积极性才会提高，将部分用户剩余的用电量分流到用电量不足的用户上，实现用电总体负荷的平衡，提高电网设备的利用效率。

随着需求的增长，上述三者之间的“双向互动”应用范围不断扩大与互动频率的增加，三者之间交互的数据量也会大幅度提高。但是在现有规定下的通信方式和速率难以满足需求，所以需要完善。另外，在发电装置与储能装置投入应用的背景下，有可能实现用户向电网输送电能的目的。

1.2 与家庭智能用电系统的连接

随着智能电网的不断深入，用户参与电网运行调控的积极性渐渐增强，除此之外，用户参与电网运行调控离不开家庭智能用电系统的技术支持。

通过智能电能表将供电企业与用户之间连接起来，主要发挥着采集用户不同用电信息的作用。根据实际情况，一方面，将采集的部分信息传输给供电企业；另一方面，将采集的信息传递给家庭智能用电系统，同时配合家庭智能用电系统实行最节约的用电方案，最终达到用电总体负荷平衡的目的，最大化地利用电网资源。

1.3 电能质量监测

经济水平的发展与生活水平的提高使得家庭用电设备的类别以及数量都随之增加。但是有些家电产品为无功功率消耗，使得功率因数较低，这会产生谐波污染。同时，不同家电产品的功率消耗给供电企业的配电网带来新的问题，因此需要通过对用户的电能质量进行监测，再根据不同用户对电网不同的影响，制定相应的计电收费标准。初次之外，在用电高峰期，比如夏季，各种不同种类的小型发电机和电能储备装置在给电网输送电能时，对这些电能的质量也要进行监测，确保电网整体输电质量优良。

1.4 电网负荷控制

电网负荷控制可分为直接负荷控制与最大负荷控制两种。首先是直接负荷控制，用户的积极参与在智能用电过程中较为重要，用户需要与供电企业达成协议之后再参与电网的运行。在用电需求量极大的情况下，供电企业可以采取直接负荷控制的方式控制一部分用户的电能，使电网的运行达到平衡状态，对于控制用电负荷的那部分用户，可以通过电费补偿措施弥补用户的损失，在进行电费补偿计算时，可以利用智能电能表所保留的用电信息计算出控制负荷状态下消耗的电量，使电费补偿有根有据。另外。还可以根据智能电能表记录的数据，判断用户有无违约的用电行为发生。

其次是最大负荷控制。不可抗与不可预料因素如自然灾害对电网系统以及用户用电会产生不利的影响。在遭遇自然灾害与供电限制的情况下保障用户正常用电是智能电能表不容忽视的一个问题。供电系统在不可抗灾害下受损，只能满足部分负荷，那么可采用最大负荷控制的方式保障居民的基本生活用电，当用电负荷超过最大负荷值时，智能电能表自动切断继电器。

2 智能电能表结构性能发展分析

2.1 电压与电流取样电路

电压取样通道通常有两种方式，一种方式是通过电阻进行分压，实现将高压交流信号分压到小范围的目的；另一方式相较于上一方式成本偏高，所需空间较大，且使用受限，主要是通过采用电压互感器进行取样。电流取样通道一般采用电流互感器、霍尔效应传感器、锰铜片分流器和Rogowski线圈四种方式。但是随着居民用电需求的不断增长，智能电能表所监测电流值逐渐变大，锰铜片分流器等方式面临淘汰，Rogowski线圈越来越得到认可。

2.2 微控制单元芯片选择

现阶段下，在智能电能表中主要采用cortex内核的ARM系列微控制单元，cortex内核的处理器采用哈佛结构，能提高处理速度。这种微控制单元成本较低，同时功能消耗能满足各种功能的需求，具备很不错的应用前景。

2.3 外部存储

科学技术的进步为智能电能表增加了多种多样的功能，所记录的信息也随之增加，对读写频率的要求也更高，对电能表的计量精度也提出了更高的要求。目前采取的解决方案主要是新型非易失性铁电存储器，这种存储器具有读写速度快、耗能低等特点，能够满足智能电能表的对精度与数据存储的要求。

2.4 继电器

继电器的作用在于当用户出现欠费现象或需要实行紧急限电时实现对用户的暂时断电。如今磁保持继电器主要应用在智能电能表中，这种继电器有其固有的缺陷，如在运行中会出现不能可靠开断的问题。但是随着固态继电器性能的不断改进，以后很有可能在智能电能表中采用固态继电器。

3 结束语

综上所述，在不同的用电需求下，智能电能表的功能也需要与时俱进，满足不同的功能需求；另外，在科学技术不断创新的条件下，智能电能表的结构性能也朝着更加科学合理的方向发展，相信在未来其发展前景会更好。

参考文献

[1]朱中文，周韶园.智能电能表的概念、标准化和检测方法初探[J].电测与仪表，2011（06）.

[2]曹敏，黄玫，王媛.智能电能表的发展与难点问题探讨[J].陕西电力，2010（12）.

[3]王黎军，吕宁.多功能电能表与智能电能表的异同[J].科学之友，2011（01）.

[4]耿建坡，张颖琦，孙冲.电能表的智能化及其技术要求[J].河北电力技术，2009（S1）.

作者单位

国网山西省电力公司计量中心 山西省太原市 030001